季碳中心是天然存在的具有生物活性的化合物和药物成分中的重要结构单元。由于碳取代基之间的空间位阻，季碳中心立体构象是难以控制的。化学上合成季碳中心结构的方法包括基于过渡金属和有机催化剂催化的克莱森重排和D-A反应。相较之下，生物催化具有高立体选择性、反应条件温和、绿色可持续性等优点，发展生物催化形成季碳中心结构化合物具有重要意义。

图片来源：J. Am.Chem. Soc.

最近，西班牙Instituto {attr}3130{/attr} Química Avanzada de Cataluña的Pere Clapés课题组利用大肠杆菌来源的金属依赖的3-甲基-2-氧丁酸羟甲基转移酶（KPHMT）催化季碳中心结构的形成。研究其体内活性表明，KPHMT能够通过α-质子攫取催化2-氧酸的烯醇化反应，从而形成相应的稳定碳负离子。这种烯醇酸盐可以进攻MTHF的亚甲基基团生成酮泛酸（KP），或者最终作用于醛等其他亲电试剂。

图片来源：J. Am.Chem. Soc.

   于是，作者筛选了KPHMT催化不同的3,3-二取代2-氧酸和醛的羟醛加成反应。

图片来源：J. Am.Chem. Soc.

与此同时，基于蛋白结构构建的七个突变体I212A，I202A，V214G，I202A/I212A，I202A/V214G，I212A/V214G和I202A/I212A/V214G也用于底物的筛选。对大部分底物的高效催化结合酶的高表达使得KPHMT（Co⁺）具有制备级合成的价值。

图片来源：J. Am.Chem. Soc.

      KPHMT（Co⁺）催化生成季碳结构结合化学反应制备2-氧内酯和3-羟基酸衍生物。

图片来源：J. Am.Chem. Soc.

以及双环内酯和酮糖酸型产物。

图片来源：J. Am.Chem. Soc.

    此外，还利用KPHMT（Co⁺）催化反应结合其他酶一锅-两步法制备双环内酯和酮糖酸型产物。

图片来源：J. Am.Chem. Soc.

参考文献：Biocatalytic Construction of Quaternary Centers by Aldol Addition of3,3-Disubstituted 2‑OxoacidDerivatives to Aldehydes

J. Am. Chem. Soc.

DOI：10.1021/jacs.0c09994

原文作者：Roser Marín-Valls, Karel Hernández, Michael Bolte, Teodor Parella,Jesús Joglar, Jordi Bujons, and Pere Clapés*